JP2009161886A - 強化繊維基材、プリフォーム、複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
梁部材等の長尺で複雑形状を有するプリフォームを連続、自動成形にて製造する場合において、強化繊維のシワや折れ等の材料欠点を生じさせることのない、柔軟性、工程通過性、取り扱い性の優れた強化繊維基材、それを用いたプリフォーム、ならびに複合材料、およびそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】
一方向に並行するように引きそろえられた複数本の強化繊維糸条を、前記強化繊維糸条に交差するように延在した補助糸により拘束することで形態を保持した一方向性基材を少なくとも二枚積層させた長尺の強化繊維基材であって、前記強化繊維基材の少なくとも長手方向に沿った端部が縫合されており、この縫合部分の厚みをｔ１、前記強化繊維基材を圧縮したプリフォームの厚みをｔ２としたとき、前記厚みｔ１とｔ２とが次の（１）式を満たすように縫合されている。
１．２７×ｔ２≦ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１）
【選択図】 図１

Description

本発明は、力学特性に優れた複合材料を効率よく安定して製造するために、複数の強化繊維基材およびそれらを積層したプリフォーム、ならびにそれらにマトリックス樹脂を含浸した複合材料、およびその製造方法に関し、特に梁部材等の長尺で複雑形状を有するプリフォームを連続、自動成形にて製造する場合に際しても、強化繊維のシワや折れ等の材料欠点を生じさせることのない強化繊維基材、それを用いたプリフォーム、ならびに複合材料、およびそれらの製造方法に関するものである。

従来、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた複合材料は、優れた力学特性および軽量化の要求特性を満たすことから、各種産業やスポーツ用途として用いられてきた。特に自動車や航空機用途においては、車体や機体の軽量化、低コスト化の要求から、これら複合材料に対して極めて高い力学特性や生産の効率化が求められている。

生産性に優れた複合材料の成形法として、例えば、レジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）成形法や真空注入成形法等が挙げられる。かかる成形法では、マトリックス樹脂が含浸されていない、ドライな強化繊維基材を複数枚積層したものを金型で賦形したプリフォームと呼ばれる成形品を製作した後、成形型に配置し、低粘度の液状マトリックス樹脂をこれに注入することにより、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて複合材料を成形する。従って、強化繊維基材にマトリックス樹脂を予め含浸させたプリプレグを所望の形状にカットし、成形型に一枚ずつ積層して圧力釜で加熱・加圧して複合材料を成形するオートクレーブ法と比較して、煩雑な工程を必要とせず、積層した基材をまとめて取り扱うことができるため生産性が良い。

しかしながら、プリフォームの製造においても、複数の基材を金型に配置して所望の３次元形状に賦形する工程が必要であり、この工程をいかに効率よく正確に実行できるかが重要である。従来本工程の最も単純で一般的な方式として、基材を手作業で裁断し、賦形型の上に一枚一枚重ねていく方式があるが、特に梁部材といった長尺で複雑形状を有する成形品を製造する場合には、基材の取り扱い性が悪い上に、複雑形状の賦形型に沿わせて慎重に重ねていく必要があるため、多大な労力を要する。従って、更なる低コスト化を実現するためには、本工程の連続・自動化が必須である。

従来、上記のような手作業による非効率を改善し、連続・自動化に適用可能な方法として、積層された複数の基材がステッチ糸で一体化されているプリフォーム用強化繊維基材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、基材を一枚一枚重ねていく作業なしに、疑似等方性のある強化繊維基材が効率的に得ることができ、例えばこれを所定の型に沿わせて変形させながら、加熱・加圧することにより、連続的に長尺のプリフォームを製造することができる。しかしながら、この方法においては、比較的緩やかな形状に対しては適用可能であるが、例えば、直角の曲げ部分を有するような複雑形状の賦形に適用した場合、ステッチ糸の締め付けが規制となり、曲げの内側と外側の経路差により内側の強化繊維にシワや折れが生じ、最終の複合材料製品としたときに本来の強度を発現できないという問題があった。また、ステッチ部で強化繊維に屈曲（クリンプ）が生じるため、強化繊維基材自体の強度も低下するという問題もあり不十分なものであった。

一方、曲げ部分を有するような場合でも、シワや折れを生じることのないプリフォームが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、積層された複数の基材の一部を溶着などの方法で接合することにより、屈曲形状の賦形型に沿わせた場合にも、接合部を基点として基材同士が滑動するため、シワや折れを抑制することができる。しかしながら、梁部材のような長尺品の連続・自動成形に適用した場合、基材が賦形型を通過する際に、接合されていない部分、特に、基材の端部で強化繊維のほつれやめくれが生じ製品にならないという問題があった。

また、ステッチを用いない方法として、表面に樹脂が予め接着された基材を複数重ねることにより一体化されている強化繊維基材の提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。これによれば、ステッチによるクリンプが生じないため、基材の強度を低下させることなく複数の基材を一体化することができ、取り扱い性の良い強化繊維基材を得ることができる。しかしながら、この方法においても、基材の柔軟性が乏しく、複雑形状の賦形に適用するには不十分であるといえるものであった。また、ＲＴＭ成形にてマトリックス樹脂を注入したときに、予め接着された樹脂の影響で含浸不良が生じ、複合材料製品の強度が発現されないといった問題もあった。
特開２００２−２２７０６８号公報 特開平０５−１８５５３９号公報 特開２００３−０８２１１７号公報

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、力学特性に優れた複合材料が生産性よく得られるだけではなく、特に、梁部材等の長尺で複雑形状を有するプリフォームを連続、自動成形にて製造する場合に際しても、強化繊維のシワや折れ等の材料欠点を生じさせることのない、柔軟性、工程通過性、取り扱い性の優れた強化繊維基材、それを用いたプリフォーム、ならびに複合材料、およびそれらの製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成する本発明は、以下の構成からなる。すなわち、
（１）一方向に並行するように引きそろえられた複数本の強化繊維糸条を、前記強化繊維糸条に交差するように延在した補助糸により拘束することで形態を保持した一方向性基材を少なくとも二枚積層させた長尺の強化繊維基材であって、前記強化繊維基材の少なくとも長手方向に沿った端部が縫合されており、この縫合部分の厚みをｔ１、前記強化繊維基材を圧縮したプリフォームの厚みをｔ２としたとき、前記厚みｔ１とｔ２とが次の（１）式を満たすように縫合されてなることを特徴とする強化繊維基材。
１．２７×ｔ２≦ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１）
また、本発明よれば、より好ましくは、以下の（２）〜（７）記載の具体的構成を有するものである。すなわち、

（２）前記縫合の形態が、かがり縫いであることを特徴とする上記（１）に記載の強化繊維基材。
（３）前記（１）または（２）に記載の強化繊維基材を用いたプリフォームであって、長手方向と概略並行に屈曲部を有することを特徴とするプリフォーム。
（４）前記（１）または（２）に記載の強化繊維基材を、実質的に連続に、所定の型に沿わせて変形させ、前記変形させた状態で加熱・加圧することにより前記所定の型形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
（５）上記（１）または（２）に記載の強化繊維基材または上記（３）に記載のプリフォームにマトリックス樹脂が含浸されてなる複合材料。
（６）前記複合材料の全体積中に占める前記強化繊維基材の体積の割合が４５％以上６０％以下であることを特徴とする、前記（５）に記載の複合材料。
（７）前記（１）または（２）に記載の強化繊維基材または前記（３）に記載のプリフォームを、少なくとも雄型および雌型を含む２つからなる成形型、あるいは少なくとも雄型または雌型のいずれかとバッグ材とからなる成形型内に配置し、これに液状のマトリックス樹脂を含浸させて形成することを特徴とする複合材料の製造方法。

本発明によれば、力学特性に優れた複合材料が生産性よく得られるだけではなく、特に、梁部材等の長尺で複雑形状を有するプリフォームを連続、自動成形にて製造する場合に際しても、強化繊維のシワや折れ等の材料欠点を生じにくい、柔軟性、工程通過性、取り扱い性の優れた強化繊維基材、それを用いたプリフォーム、ならびに複合材料、およびそれらの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態の例について、図面などに基づいてさらに詳しく説明する。図１は、本発明の強化繊維基材の一態様を説明するための概略斜視図である。図１において、強化繊維糸条１からなる経糸に、経糸と比べ十分にトータル繊度（糸の太さを表す尺度であって、標準の糸長当たりの重さが、単位重量の何倍にあたるかによって定義される値）が低く、かつ織り密度（単位長さあたりの経糸と緯糸の割合）の低い緯糸を補助糸２として織り込んだ織物を一方向性基材３として用い、少なくとも二枚の一方向性基材３を重ねることにより積層体を構成し、前記積層体の少なくとも長手方向に沿った端部を縫合糸（ステッチ糸）４で縫いつけることで一体化した強化繊維基材５を示している。

補助糸２の繊度としては、強化繊維糸条１の１／５以下、より好ましくは１／１０以下であるのが好ましい。その具体的な繊度は用いる強化繊維糸条１および補助糸２の種類、目付により異なるが、例えば強化繊維として炭素繊維の織物（繊度：８００ｔｅｘ、目付：２００ｇ/ｍ^２）を用いる場合、補助糸２の好ましい繊度は１０〜１００ｔｅｘ、より好ましくは２０〜５０ｔｅｘの範囲内である。かかる補助糸の織り密度は０．３〜６本／ｃｍの範囲内であるのが好ましく、より好ましくは１〜４本／ｃｍの範囲である。

使用する強化繊維糸条１としては、特にその種類に制限はないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維（例えば、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、フェノール繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等）、金属繊維またはセラミック繊維、これらの組み合わせ等が挙げられる。中でも、炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れ、耐吸水性に優れるので、航空機の構造部材のように、高い力学特性を安定して求められる部材には特に適している。

補助糸２の種類としては任意のものを使用することができるが、強化繊維基材の密度の安定性の面から成形時の加熱等により収縮しにくいものが好ましく、例えばナイロン６繊維、ナイロン６６繊維、ナイロン１１繊維、ナイロン１２繊維、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維（特にＰＯＹ：高速紡糸による半延伸糸）、ＰＢＯ繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維等の有機繊維等を単独または組み合わせて使用することができ、これらは合糸加工、撚加工、ウーリ加工、倦縮加工等の二次加工がされたものでもよい。

一方向性基材３としては、図１に示したような一方向性の織物が、生産上、強化繊維糸条の配向精度が良く、強化繊維基材としての実績も多いことから好ましいが、特に限定するものではなく、一方向に並行するように引きそろえた複数本の強化繊維糸条を、前記強化繊維糸条に交差するように延在した補助糸２により拘束することで平面形態を保持したものであれば、編物、組物等、他の形態でもよい。少なくとも補助糸２が強化繊維糸条１に比べ繊度が十分に小さく、使用比率が低い基材を用いた方が、強化繊維糸条１と補助糸２の交差部分で生じるクリンプによって強化繊維糸条１の真直性を低下させることなく、高い強度を得ることができるため好ましい。

図１では、一方向性基材を積層する方向を同じ（この方向を０°方向とする）として二層積層しているが、必ずしもこの層数や角度に限定するものではなく、例えば、４５°、９０°、−４５°、０°方向といった具合に積層してもよい。

縫合糸（ステッチ糸）４としては、縫合作業での擦過や引張に耐え、縫合後に一体化された強化繊維基材５の形態を維持できるものであれば特に限定するものではないが、縫合による接続部も含めて、強化繊維基材５としての特性を最大限に発現させるためには、一方向性の織物に用いる緯糸としての補助糸２と、材質、形態、繊度等の点で同等のものを用いることが好ましい。

また、本発明においては、強化繊維基材５の縫合部分の厚みをｔ１とし、この強化繊維基材５を圧縮したプリフォームの厚みをｔ２としたときに、（１）式の範囲となるように縫合されていることが必要である。
１．２７×ｔ２≦ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１）
ここで、プリフォームの厚みｔ２は、後述する複合材料の繊維体積含有率Ｖｆ（％）を用いて、次式のように表すことができる。
ｔ２＝Ｗ１／（ρ×Ｖｆ）×１００ （４５％≦Ｖｆ≦６０％） ・・・（２）
Ｗ１：強化繊維基材１ｃｍ^２当たりの強化繊維の重量（ｇ／ｃｍ^２）
ρ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３）
本発明者らは、このようにして構成された強化繊維基材５を用いることにより、例えば直角の曲げ部分を有するような複雑形状のプリフォームを連続、自動成形にて製造する場合に際しても、強化繊維のシワや折れあるいは、基材端部のほつれやめくれを生じにくく、安定して製造することができることを見出した。

この原理を図２、図３、図４、図５を用いて説明する。図２（ａ）には成形前の強化繊維基材５の縫合部分を示す。ここでｔ１を縫合部分の厚みとする。図２（ａ）の強化繊維基材５を圧縮したプリフォーム６の状態を図２（ｂ）に示す。ここで、圧縮後の厚みをｔ２とする。前記プリフォーム６を長手方向に対して４５度以上９０度以下となる角度をもって、屈曲させた状態の長手方向と直行する断面図の一例を図３に示す。プリフォーム６の屈曲部Ａには内周と外周において経路差ａが発生する。このため、プリフォーム端部において、内周は外周よりも経路差ａ分のズレが発生する。このズレのために発生するプリフォーム端部傾斜長さｂは、三平方の定理より次式で表すことが出来る。

ｂ＝√（ａ²+ｔ２^２） ・・・（３）
経路差ａはｔ２を用いて表すことが出来、屈曲角をＸ度として、次式となる。

ａ＝ｔ２×π×Ｘ／１８０ ・・・（４）
上式（３）、（４）を用いて、プリフォーム端部傾斜長さｂは次式に表すことが出来る。

ｂ＝ｔ２√（１+（π×Ｘ／１８０）^２） ・・・（５）
即ち、屈曲角が図３に示すように直角である場合、式（５）より
ｂ＝ｔ２√（１+π^２／４）≒１．８６×ｔ２ ・・・（６）
となる。

プリフォーム形状は特に限定されるものでは無いが、特に航空機用途におけるプリフォームは強度剛性、利便性および成形性の観点から、基材長手方向と直行する断面が図３（ａ）に示すコ型断面であるか、図３（ｂ）に示すＬ型断面となることが好ましい。

図３（ｂ）に示すＬ型断面である場合、屈曲角は直角であるが、経路差は両端部に分割されるため、両端それぞれのズレは４５度分相当となる。

上記理由より、プリフォーム端部傾斜長さｂは少なくとも次式の範囲を取る。

ｔ２√（１+π^２／１６）≦ｂ≦ｔ２√（１+π^２／４） ・・・（７）
図４（ａ）（ｂ）はそれぞれ、成形前の強化繊維基材における縫合部分概略図、成形後の縫合部分概略図を示す。縫合の形態としては特に限定するものではなく、例えば短環縫い、手縫い、本縫い、二重環縫い、扁平縫い、かがり縫いが挙げられる。中でも、図５のようにＪＩＳ−Ｌ０１２０（１９８４）に示されるかがり縫いであることが好ましい。このような形態をとることにより、連続・自動成形に適用した場合であっても、基材端部のほつれやめくれを効果的に抑制することができるため好ましい。

いま、図４（ａ）における縫合１周期長さは、強化繊維基材５の上下面に沿った縫い長さｃ、強化繊維基材５の上下面を貫通する縫い長さｄを用いて次式で表すことが出来る。

縫合１周期長さ＝２×（ｃ+ｄ） ・・・（８）
強化繊維基材５の上下面を貫通する縫い長さｄは、強化繊維基材５の縫合部分である厚みｔ１と等しい。ここで、縫合１周期長さは成形前後においても不変であり、また、強化繊維基材５の上下面に沿った縫い長さｃも成形前後において固定されている。即ち、成形前の強化繊維基材５における強化繊維基材５の上下面を貫通する縫い長さｄ（＝縫合部分の厚みｔ１）が成形後のプリフォーム端部傾斜長さｂと同等以上であれば、しわや折れを生じることのない成形体を提供することが可能となる。

図４（ａ）における上下面を貫通する縫い長さｄを、縫合部分の強化繊維基材５の厚みｔ１で表した場合、強化繊維基材５をしわや折れ無しに滑らかに屈曲させるためには、図４（ａ）における上下面を貫通する縫い長さｄ＝ｔ１がプリフォーム端部傾斜長さｂと同等以上の必要がある。

ｔ１≧ｂ ・・・（９）
即ち、（７）、（９）式より少なくともｔ１は下記範囲を取る。

ｔ１≧ｔ２√（１+π^２／１６）≒１．２７×ｔ２ ・・・（１０）
図４（ａ）における上下面を貫通する縫い長さｄ、即ち、強化繊維基材５の縫合部分厚みｔ１の上限値については、（６）式に示されているとおりである。実際には、強化繊維基材５のズレや搬送中に縫合糸４（ステッチ糸）の引掛り防止の観点から、多少の余裕しろを持たせるため以下の範囲であることが好ましい。

ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１１）
（１０）、（１１）式より、連続・自動成形に適用した場合でも、強化繊維基材５の端部のほつれやめくれを防止し、かつ、しわや折れを防止するという観点から、本発明においては強化繊維基材５の厚みｔ１が以下の範囲となるように縫合されていることが必要である。
・ ２７×ｔ２≦ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１２）
また、縫合糸４（ステッチ糸）の縫いピッチについては特に限定されるものでは無いが、強化繊維糸条１の抜け防止の観点から、強化繊維糸条巾よりも小さく縫われていることが好ましい。

また、特に長尺のプリフォームを成形する場合、強化繊維基材５を長手方向に複数繋げる必要があるが、その繋ぎ目部分においては、捲れやめくれが発生しやすいことから、追加で縫合糸４（ステッチ糸）を用いて縫い直し処理を施してもよい。

次に、本発明におけるプリフォームの具体的な成形方法を説明する。

図６〜図９は、コ型断面のプリフォームの製造ステップの一例を現す概略図である。コ型断面を形成するための型は、内側に位置する内型７と、外側に位置する外型８からなり、外型８は中央部にある中央型８ａと内型を両サイドから挟み込む２つの側面型８ｂ、８ｂ′、の計３つの外型ブロックからなる。

ここで、中央型８ａの形状は、内型７を平面で押さえる平面部とその平面部と両方の側面型８ｂ、８ｂ′を繋ぐ曲面部までが連続した形状の凹型になっている。

また、各成形型にはプリフォーム形成時に必要とされる、熱を供給するヒータ機能を有するヒータ９ａ、９ｂ、９ｂ′、９ｃが付いている。さらに、内型７と外型８の間には、シート状部材１０が配置されている。

まず、図６に示すように、プリフォームされるべき強化繊維基材５の積層体を、このシート状部材１０と内型７の間に挟む位置に設置する。

次に、図７に示すように、外型８の中央型８ａが内型７に対して、垂直方法に降下してシート状部材１０を介して強化繊維基材５の積層体の平面部と両方の曲面部まで（凹型形状）を挟み込み、中央型８ａで押圧する。

次に、図８に示すように、内型７の両側にある外型８の側面型８ｂ、８ｂ′が内型７に対して、垂直方法に両側からシート状部材１０を介して、強化繊維基材５の積層体を挟み込み押圧し、加熱しながら保持する。

最後に、図９に示すように、内型７へ強化繊維基材５の積層体を押圧した外型８の中央型８ａと両側の側面型８ｂ、８ｂ′を型開放して、シート状部材１０からプリフォーム形成された強化繊維基材５の積層体を取り外し、任意の長さを持ったプリフォームが完成する。

シート状部材１０の材料は、例えばＰＴＦＥ含浸ガラスファブリック（ポリテトラフルオロエチレン（例えば、「テフロン（登録商標）」）含浸グラスシート）が使い易く、耐熱性があり離型性もあるうえシートに腰があるので、特に適している。

また他に、紙、アルミやステンレスなどの金属プレート、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、「テフロン（登録商標）」製シート）、軟質エラストマーシートなども使用可能である。これらには、表面に凹凸や各種コーティングなど、離型性を付与する処理を施してもよい。

また、シート状部材１０は、プリフォーム製造装置に固定して備わっているものでも構わない。

本発明の複合材料は、上記方法で製造された強化繊維基材またはプリフォームに、液状マトリックス樹脂を含浸させて成形することにより得ることが出来る。特に生産性が高く好ましい方法としては、注入成形法が挙げられる。かかる注入成形法の一つとしてＲＴＭが挙げられる。ＲＴＭは、例えば、雄型および雌型により形成したキャビティに、強化繊維基材またはプリフォームを配置し、ここにマトリックス樹脂を加圧して注入する成形方法である。また、より好ましい注入成形方法として、真空ＲＴＭ（ＶａＲＴＭ）が挙げられる。ＶａＲＴＭは例えば、雄型または雌型のいずれかとバッグ材（例えば、ナイロンフィルム、シリコンラバー等の柔軟性を有するもの）により形成したキャビティを減圧し、大気圧との差圧を利用してマトリックス樹脂を注入する方法である。この場合、キャビティ内の強化繊維基材に樹脂拡散媒体（メディア）を配置し、かかるメディアによりマトリックス樹脂の拡散・含浸を促進する。成形後には、特に限定するものでは無いが、複合材料からメディアを分離することが好ましい。

本発明に適用できるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の場合、その主材は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などを例示することができ、１種類だけであっても、あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に採用する場合、前記熱硬化性樹脂に適切な硬化剤や反応促進剤を添加することが可能である。熱可塑性樹脂の場合、その主材は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂など例示でき、１種類だけであっても、あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、また共重合体であっても良い。混合物の場合には相溶化剤を併用しても良い。さらに、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えても良い。

本発明において、複合材料の体積中に占める強化繊維基材の体積割合（繊維体積含有率：Ｖｆ）は、４５％以上６０％以下とすることが好ましい。繊維体積含有率Ｖｆが４５％より小さい場合、複合材料としての機械的強度に乏しく、構造体の軽量化といった要求を満たすことができない。一方、Ｖｆが６０％より大きい場合、例えばＲＴＭ成形によりマトリックス樹脂を注入したときに、樹脂が流れにくく含浸不良が生じ、強度が発現されないことがある。

以下に本発明の実施例を示す。本発明は、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では図１０に示すクランプ装置を用いて、Ｌ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。尚、本実施例においては屈曲角が９０°となる成形型を用いた。Ｌ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ７０ｍｍ（１辺長さ３５ｍｍ）のものを成形することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備する。東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾７０ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。ここで、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。

次に、精錬加工を施したナイロン６６フィラメント糸（繊度：１７０ｄｔｅｘ）を用いて、積層体の端部をかがり縫いにより縫合し、強化繊維基材を作成した。この時、縫合部厚みｔ１を０．８ｍｍとなるように調整した。
以上の積層体を図１０に示すクランプ装置に設置し、成形後厚みｔ２が０．６３０ｍｍ（ｔ１＝１．２７×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームには最後までしわや折れが無く、また強化繊維基材のズレやめくれ、縫合糸の解れも無い状態であった。
（実施例２）
本実施例では、図１０に示すクランプ装置を用いて、Ｌ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。尚、本実施例では屈曲角が１２０°となる成形型を用いた。Ｌ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ７０ｍｍ（１辺長さ３５ｍｍ）のものを成形することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備しておいた。具体的には、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾７０ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。ここで、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。次に、精錬加工を施したナイロン６６フィラメント糸（繊度：１７０ｄｔｅｘ）を用いて、積層体の端部をかがり縫いにより縫合し、強化繊維基材を作成した。この時、縫合部厚みｔ１を０．８ｍｍとなるように調整した。
以上の積層体を図１０に示すクランプ装置に設置し、成形後厚みｔ２が０．５５２ｍｍ（ｔ１＝１．４５×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームには最後までしわや折れが無く、また強化繊維基材のズレやめくれ、縫合糸の解れも無い状態であった。
（実施例３）
本実施例では、図１１に示すクランプ装置を用いて、コ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。コ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ１３５ｍｍ（高さ５０ｍｍ、巾３５ｍｍ）のものを成形することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備しておいた。具体的には、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾１３５ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。ここで、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。次に、精錬加工を施したナイロン６６フィラメント糸（繊度：１７０ｄｔｅｘ）を用いて、積層体の端部をかがり縫いにより縫合し、強化繊維基材を作成した。この時、縫合部厚みｔ１を０．８ｍｍとなるように調整した。

以上の積層体を図１１に示すクランプ装置に設置し、成形後厚みｔ２が０．４２１ｍｍ（ｔ１＝１．９０×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームには最後までしわや折れが無く、また強化繊維基材のズレやめくれ、縫合糸の解れも無い状態であった。
（比較例１）
本比較例では、図１０に示すクランプ装置を用いて、Ｌ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。尚、本比較例においては屈曲角が９０°となる成形型を用いた。Ｌ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ７０ｍｍ（１辺長さ３５ｍｍ）のものを成形することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備しておいた。具体的には、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾７０ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。尚、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。以上のように作成した積層体の端部を縫合せず、そのままの状態で図１０に示すクランプ装置に設置した。本比較例では積層体を縫合しないことから、積層体の厚み（１．０ｍｍ）を縫合部厚みｔ１と見立てることとする。成形後厚みｔ２が０．７８７ｍｍ（ｔ１＝１．２７×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームには全長に渡って強化繊維基材のズレやめくれが発生した。
（比較例２）
本比較例では、図１０に示すクランプ装置を用いて、Ｌ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。尚、本比較例においては屈曲角が９０°となる成形型を用いた。Ｌ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ７０ｍｍ（１辺長さ３５ｍｍ）のものを成形することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備した。具体的には、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾７０ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。尚、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。次に、精錬加工を施したナイロン６６フィラメント糸（繊度：１７０ｄｔｅｘ）を用いて、積層体の端部をかがり縫いにより縫合し、強化繊維基材を作成した。この時、縫合部厚みｔ１を０．８ｍｍとなるように調整した。
以上の積層体を図１０に示すクランプ装置に設置し、成形後厚みｔ２が０．６３５ｍｍ（ｔ１＝１．２６×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームには強化繊維基材のズレやめくれ、縫合糸の解れは無いものの、一部、しわおよび折れが発生した。
（比較例３）
本比較例では、図１１に示すクランプ装置を用いて、コ型断面を有するプリフォームを連続・自動成形した。コ型断面を有するプリフォーム成形体サイズが長さ１０００ｍｍ、断面長さ１３５ｍｍ（高さ５０ｍｍ、巾３５ｍｍ）のものを製造することとし、事前に強化繊維基材シートを裁断し準備しておいた。具体的には、東レ（株）製「トレカ（登録商標）」Ｔ８００Ｇを織物基材として使用し、強化繊維の繊度が９８０ｔｅｘ、織り密度が１．９本／ｃｍの一方向織物（ＣＦ目付け１９０ｇ/ｍ^２）を用いた。この織物を回転刃式のハンドカッターにより、巾７０ｍｍ×長さ１０００ｍｍに裁断し、平面テーブル上で繊維配向を４５°／−４５°／９０°／０°／０°／９０°／−４５°／４５°となるように順次積層した。ここで、積層角度については長手方向と繊維配向が一致する方向を０°とし、長手方向に対して反時計回りに回転させる方向を正として定義する。次に、精錬加工を施したナイロン６６フィラメント糸（繊度：１７０ｄｔｅｘ）を用いて、積層体の端部をかがり縫いにより縫合し、強化繊維基材を作成した。この時、縫合部厚みｔ１を０．８ｍｍとなるように調整した。

以上の積層体を図１１に示すクランプ装置に設置し、プリフォーム厚みｔ２が０．４１９ｍｍ（ｔ１＝１．９１×ｔ２）となるように装置を調整した後に連続・自動成形を行った。その結果、成形されたプリフォームにはしわや折れは無いものの、一部に強化繊維機材のズレやめくれ、縫合糸の解れが発生した。

上述した実施例をまとめたものを表１に示す。評価項目において、問題が発生した場合は「×」、問題が発生しなかった場合は「○」として表中に記載する。

本発明の強化繊維基材とプリフォームは、マトリックス樹脂を含浸することにより、複合材料とすることができ、この複合材料は優れた力学特性および軽量化の要求特性を満たすことから、主に航空・宇宙や、スポーツ用途に好適に用いられ、有用である。

本発明の強化繊維基材の一態様を示す概略斜視図である。 本発明の強化繊維基材及びプリフォームの一態様を示す概略図である。 成形されたプリフォームの一態様を示す概略断面図である。 縫合部分を拡大した概略図である。 本発明に最も適した縫合方法（かがり縫い）を用いた強化繊維基材を示す概略斜視図である。 コ型断面のプリフォームの製造ステップの一例を示す概略断面図である。 コ型断面のプリフォームの製造ステップの一例を示す概略断面図である。 コ型断面のプリフォームの製造ステップの一例を示す概略断面図である。 コ型断面のプリフォームの製造ステップの一例を示す概略断面図である。 Ｌ型断面プリフォーム連続・自動成形装置の斜視図である。 コ型断面プリフォーム連続・自動成形装置の斜視図である。

符号の説明

１：強化繊維糸条
２：補助糸（緯糸）
３：一方向性基材（織物）
４：縫合糸（ステッチ糸）
５：強化繊維基材
６：プリフォーム
７：内型
８：外型
８ａ：中央型
８ｂ：側面型
８ｂ′：側面型
９ａ：ヒータ
９ｂ：ヒータ
９ｂ′：ヒータ
９ｃ：ヒータ
１０：シート状部材
Ａ：プリフォームの屈曲部
ａ：経路差
ｂ：プリフォーム端部傾斜長さ
ｃ：縫い長さ
ｄ：縫い長さ

Claims (7)

1. 一方向に並行するように引きそろえられた複数本の強化繊維糸条を、前記強化繊維糸条に交差するように延在した補助糸により拘束することで形態を保持した一方向性基材を少なくとも二枚積層させた長尺の強化繊維基材であって、前記強化繊維基材の少なくとも長手方向に沿った端部が縫合されており、この縫合部分の厚みをｔ１、前記強化繊維基材を圧縮したプリフォームの厚みをｔ２としたとき、前記厚みｔ１とｔ２とが次の（１）式を満たすように縫合されてなることを特徴とする強化繊維基材。
   １．２７×ｔ２≦ｔ１≦１．９０×ｔ２ ・・・（１）
2. 前記縫合の形態が、かがり縫いであることを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材。
3. 請求項１または２に記載の強化繊維基材を用いたプリフォームであって、長手方向と概略並行に屈曲部を有することを特徴とするプリフォーム。
4. 請求項１または２に記載の強化繊維基材を、実質的に連続に、所定の型に沿わせて変形させ、前記変形させた状態で加熱・加圧することにより前記所定の型形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
5. 請求項１または２に記載の強化繊維基材または請求項３に記載のプリフォームにマトリックス樹脂が含浸されてなる複合材料。
6. 前記複合材料の全体積中に占める前記強化繊維基材の体積の割合が４５％以上６０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の複合材料。
7. 請求項１または２に記載の強化繊維基材または請求項３に記載のプリフォームを、少なくとも雄型および雌型を含む２つからなる成形型、あるいは少なくとも雄型または雌型のいずれかとバッグ材とからなる成形型内に配置し、これに液状のマトリックス樹脂を含浸させて形成することを特徴とする複合材料の製造方法。

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